医学专家系统课件

医学 专家 系统
日常 诊疗
电子 病历 系统
基因 芯片 疾病 诊断
动物 疾病
森林 病虫 害
植物 保护 领域
？
★ 航空领域的专家系统
防空导弹飞行试验集成故障诊断专家系统 航空发动机的滑油系统故障诊断专家系统研究 分布式故障诊断专家系统 在运载火箭发射决策中的应用 在飞机故障诊断与维护指导系统中的应用 自动驾驶仪故障诊断专家系统
随机性与模糊性的区别
随机性:指事件出现某种结果的机会. 模糊性:指存在于现实中的不分明现象.
模糊数学:研究模糊现象的定量处理方法. 模糊数学
模糊数学的几个概念： 模糊数学的几个概念：
★ 模糊集合 模糊集合：模糊概念用数学语言来说就是模糊集合。 基本思想是把经典集合中的绝对隶属关系灵活化，用特 基本思想 征函数的语言来讲就是；元素对“集合”的隶属度不再 是局限于取0或1，而是可以取从0到1的任一数值。 ★ 映射 映射：在两个集合X、Y之间，如果有一个法则f，使得 对X中的每个元素x，在Y中都有唯一元素y与之对应，则 称f是X到Y的映射。
即：对每个x∈X都存在着唯一确定的元素y＝ f(x)∈Y与之对应．
模糊数学的几个概念： 模糊数学的几个概念：
和一个资格函数把U中间 ★模糊子集：设给定论域U和一个资格函数把 中间 模糊子集：设给定论域 和一个资格函数把 每个元素x和区间 和区间[0， 中的一个数 中的一个数μ 每个元素 和区间 ，1]中的一个数μA (x)结合起 结合起 表示x在 中的资格的等级 此处的A我 中的资格的等级。 来。μA (x)表示 在A中的资格的等级。此处的 我 表示 们就说是U的一个模糊子集 的一个模糊子集。 们就说是 的一个模糊子集。 ★隶属函数 设给定论域U， 在闭区间 在闭区间[0， 中的任一映射 中的任一映射μ 设给定论域 ，U在闭区间 ，1]中的任一映射μA
要求输入足够多的病例统计资料 数学模型，确定参数和诊断 运算 运算)规则 数学模型，确定参数和诊断(运算 规则 编制程序 将诊断程序输入计算机 将患者症状、体征、 将患者症状、体征、检查等资料输入 计算机运算后， 计算机运算后，显示诊断报告
常用医学专家系统模型： 常用医学专家系统模型：
基于统计学原理（ 基于统计学原理（Bayes)
陕西师范大学
医学专家系统
观看
医学专家系统的产生及发展
1959年,美国的Ledley等首次将数学模型引入临床医学,提 出了可将布尔代数和Bayes定理作为计算机诊断的数学模 型,并以此诊断了一组肺癌病例,开创了计算机辅助诊断的 先例。 1976年,美国斯坦福大学的Short-liffe等研制成功了著名的 用于鉴别细菌感染及治疗的医学专家系统 医学专家系统MYCIN,是医学 医学专家系统 专家系统最成功的实例之一。 1982年,美国匹兹堡大学的Miller等发表了著名的内科疾病 诊断咨询系统INTERNIST-1并不断完善成改进型 INTERNIST-2,即后来的CADUCEUS专家系统 专家系统,其知识库 专家系统 中包含了572种疾病,约4500种症状。 1991年美国哈佛医学院Barnett等开发的“解释”软件 “解释”软件,包 含有2200种疾病和5000种症状。 ……
温室控制 空调系统 农作物施肥
学生成绩分析
水产 专家系统
桥梁诊断
林业
银行开发 污水处理
作物栽培
陕西师范大学
No homework！ ！
P(B|Hj)＝P(B13·B23·B33·B42·B51·B61·B73 |Hj) ＝P(B13 | Hj) P(B23 | Hj) P(B33 | Hj) P(B42 | Hj) P(B51 | Hj) P(B61 | Hj) P(B73 | Hj)(j=l，2，3) P(B|H1) ＝9．45×10-8 P(H1)P(B|H1)＝0．351×9．45× 10-8 ＝3．695× 10-8 同理P(H2) P(B|H2) =5.53 × 10-5 P(H3) P(B|H3) =1.136 × 10-4
现有一阑尾炎患者、开始上腹痛，之后呕吐，腹泻， ★ 现有一阑尾炎患者、开始上腹痛，之后呕吐，腹泻， 人院体温37℃ 全身腹肌紧张，压痛， 白细胞)数达 人院体温 ℃．全身腹肌紧张，压痛，WBC(白细胞 数达 白细胞 19350。 。 显然其症侯为B＝ ,则 显然其症侯为B＝B13·B23·B33·B42·B51·B61·B73 ,则 的大小可通过公式3-1算得 其P(Hj|B)(j＝l，2，3，4)的大小可通过公式 算得。 ＝ ， ， ， 的大小可通过公式 算得。
基于模糊数学原理
基于人工神经网络
基于统计学原理（Bayes) 基于统计学原理（
贝叶斯模型 （1）事件及其相互关系 事件及其相互关系 必然事件：在一定条件下必须出观的现象 必然事件 不可能事件：在一定条件下必然不出现的现象。 不可能事件 随机事件：在一定条件下，可能出现也可能不出现以现象叫。 随机事件 （2）概率 概率 想一想 A1 U A2 U…UAn ？ A1∩A2∩…∩An ？
贝叶斯逐步问诊
逐步问诊特点 逐步问诊 把第K-1步的验后概率 作为第K步的先验概率 逐次递推。
问题 选择 开始
识别
判别
结束
逐步问诊基本结构
贝叶斯定理算式
P(Hj) P(A|Hj)
P(Hj|A）=
n
∑
i=1
P(Hj) P(A|Hj)
这里H1,H2,…Hi分别表示j种互斥的疾病; A为用于这些疾病鉴别诊断的某一临床表现或检验结果的组合（症候） （症候） 式中P(Hj)为各疾病发生的先验概率 先验概率,表示医生在具体诊断某患者前所掌 先验概率 握的疾病Hi的发病情况。 P(A|Hj)为在已知疾病Hi条件下，各症状A出现的“条件概率 条件概率”，即某临 条件概率 床症候A的可能性，它可以通过收集足够数量的病例容易地得到。 P(Hj|A）称为后验概率 后验概率，表示在患者症状A出现时,患疾病Hi的可能性。 后验概率
症状集
S
模糊关系 R
诊断集
D
如果某一病例的症状、体征、检验结果构成一模糊子集A 如果某一病例的症状、体征、检验结果构成一模糊子集A:
则由A与R合成的关系矩阵 则由A
就给出了该病人的诊断意见书B 只要将A输入计算机， 就给出了该病人的诊断意见书B。只要将A输入计算机，输 诊断意见书 出就是B 起转换器的作用， R是模糊诊断模型， 出就是 B 。 R 起转换器的作用， A·R是模糊诊断模型， 是借 计算机实现的。此即模糊算法专家系统的设计。 计算机实现的。此即模糊算法专家系统的设计。
Bayes
（3）贝叶斯定理 贝叶斯定理 有时除了要知道事件的概率P(A)外，还需要知道 在“事件B已出现”的条件下，事件A出现的条件 概率P（A|B）。 例如，我们需要知道在某疾病B发生条件下，症状 A出现的概率时就要计算条件概率P（A|B）。
用贝叶斯模型建立专家系统的 具体步骤： 具体步骤：
3 1 2 3 4 6 5 列出疾病的各个方面的症状 分别以不同的数据结构表示 收集资料统计已确诊的病例 用程序计算出事先概率和条件概率 在已知症状的前提下确定诊断
得： P(H1|B)=0.02% P(H2|B)=32.2% P(H3|B)=67.76%
所以：诊断为阑尾炎穿孔（H3) 所以：诊断为阑尾炎穿孔（H3).
基于模糊数学原理的专家系统
模糊数学的定义 处理现实对象的数学模型
确定性数学模型:确定性或固定性,对象间有必然联系. 随机性数学模型:对象具有必然性或随机性 模糊性数学模型:对象及其关系均具有模糊性.
例子
等使用电子 ★ DeGroff等使用电子听诊器和人工神经网络制造 等使用电子听诊器和人工神经网络制造 了一种仪器， 了一种仪器，它可正确地区分儿童生理性和病理 性杂音。用电子听诊器记录的儿童心音，输入能 性杂音。用电子听诊器记录的儿童心音， 识别复杂参数的ANN，分析的敏感性和特异性均 ， 识别复杂参数的 达100%。 。
例子
台湾DEU科技（德亚科技）开发的计算机辅助检测系统 科技（ ★ 台湾 科技 德亚科技） Rapid ScreenTM RS-2000为全世界最先通过美国ＦＤＡ 为全世界最先通过美国ＦＤＡ 为全世界最先通过美国 认证的早期肺癌辅助诊测系统。该产品采用人工智能神经 认证的早期肺癌辅助诊测系统。 网络ANN，自动标识数字胸片中可疑结节区。经台湾和 ，自动标识数字胸片中可疑结节区。 网络 美国的临床实验，可使放射专家检测 期肺癌的能力明 美国的临床实验，可使放射专家检测T1期肺癌的能力明 显提高(潜在提升约 以上)。 显提高 潜在提升约15 %以上 。 潜在提升约 以上
应用举例
对某地区1207位阑尾炎患者的资料统计为表3—1。 按慢性 慢性阑尾炎、急性 急性阑尾炎、阑尾炎穿孔 阑尾炎穿孔三类统 慢性 急性 阑尾炎穿孔 计症候频率(腹痛开始部位、恶心呕吐、体温、体 征及体检结果)。
若已知慢性阑尾炎H1、急性阑尾炎H2、阑尾炎穿孔H3 发生的先验概率分别为： P(H1)＝0.391 P(H2)＝0.493 P(H3)＝0.116
中国医学专家系统
国外专家系统的应用已涉及到医学的各个领域,国内对医学 专家系统的研究是从二十世纪七十年代末开始的。由于中 医具有非常好的数据处理原型,推理过程明晰,因此,专家系 统首先在中医领域取得了突破。 上海中西医结合医院与颐圣计算机公司联合开发具有咨询 和辅助诊断性质的《中医计算机辅助诊疗系统 中医计算机辅助诊疗系统》 中医计算机辅助诊疗系统 浙江大学开发的基于计算机图像分析的青光眼辅助诊断 青光眼辅助诊断专 青光眼辅助诊断 家系统 血气酸碱分析计算机辅助诊断专家系统 血气酸碱分析 计算机辅助诊断模拟手术及面像预测 模拟手术及面像预测系统 模拟手术及面像预测 胃病诊断专家系统 胃病诊断 ……
模糊算法专家系统的设计实施
每一种典型的病都是一种模式，因此，医生确 诊病人的过程是一个模式识别的过程(医疗诊 断的过程用模糊数学 模糊数学来描述，是从症状集 S 到 模糊数学 症状集 诊断集D的映射)。从专家经验和大量病例中总 结出从S到D的模糊关系 R,R 模糊关系R,R 模糊关系 R,R为医疗诊断的专家 系统，将R储存在计算机内: